冬のEVは本当に不安? 暖房の使い方ひとつで電力消費がここまで変わる!
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2020年12月に関越自動車道で発生した記録的な大雪による立ち往生は、事態の解消に丸2日間を要した。
長時間の立ち往生でドライバーの不安を募らせた要因の一つが、極寒の中での燃料切れだ。
暖房に多く電気を消費すると言われるEVではどうなのだろう？
It took a full two days to resolve the traffic standstill caused by record-breaking heavy snowfall on the Kan-etsu Expressway in December 2020.
One factor that heightened drivers' anxiety during the prolonged gridlock was running out of fuel in the freezing cold.
What about electric vehicles (EVs), which are known to consume a significant amount of electricity for heating?
結果： 冬期のEVには、万が一に備えて毛布や電源ソケットで使える暖房器具や防寒具の用意が必要である。
Conclusion: For EVs in winter, it is necessary to prepare blankets, heating appliances that can be powered via a socket, and cold-weather gear as a precaution.
********************************** My opinions *******************************
EVは登場当時に比べて、バッテリー容量アップやモーター、制御装置の効率向上、そしてヒートポンプ等の周辺機器が進化し、航続距離と充電時間の短縮は驚く程に進化した。
リチュウム・イオンバッテリー以外の構成部品の効率は、既に限界だと言われている。
今後は全個体バッテリー等のブレークスルーが達成でき無ければ、これ以上の性能向上はできないだろう。
化石燃料車であれば厳寒期に車両がスタックしてしまっても、エンジンによる排熱で長時間の暖房を使う事は可能であるが、EVの場合は例え効率の良いヒートポンプ式だとしても、3時間程度で満充電から半分程度まで電力が失われる可能性もある事がわかる。
これが、ヒーター式であれば、もっと悲惨な結果を招くことになるだろう。
技術的な向上が有ったとしても、まだまだ問題は山積みだ。
採掘や生成時の環境破壊や温暖化ガスの排出。
そして、走行時に排出される「化石燃料発電」による温暖化ガスの排出。
そもそも、EVは走行時に温暖化ガスを排出しないというのは、全くの虚言だ。
Compared to when they first appeared, EVs have seen remarkable improvements in driving range and charging times, driven by increased battery capacity, greater efficiency in motors and control systems, and advancements in peripheral components like heat pumps.
It is said that the efficiency of components other than the lithium-ion battery has already reached its limit.
Going forward, it appears that further performance gains will be impossible unless breakthroughs—such as the development of all-solid-state batteries—are achieved.
With fossil-fuel vehicles, even if the car becomes stranded in sub-freezing temperatures, the engine's waste heat allows the heating system to operate for an extended period.
In contrast, with electric vehicles (EVs)—even those equipped with high-efficiency heat pump systems—using the heater for just three hours can deplete a fully charged battery by approximately half.
If a standard resistance heater were used, the impact would be far more severe.
Even with technological advancements, a mountain of problems remains.
These include environmental destruction and greenhouse gas emissions associated with mining and production.
There are also the greenhouse gas emissions resulting from the fossil-fuel-based power generation that ultimately powers the vehicle during operation.
In fact, the claim that EVs emit no greenhouse gases while driving is completely false.
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オールドメディアや一部の学者・知識人は総じて、「全ての車両がEVに変換できれば、結果的に温暖化ガスを減らせる」と言うが、其の量は一般人が想像するより少ない。
原因は発電方式であり、原子力を含む化石燃料以外の発電方式による世界全体の発電比率は約35％でしかない。
つまり、EVは間接的に温暖化ガスを排出しながら走行しているのだ。
Traditional media outlets and certain scholars and intellectuals generally claim that converting all vehicles to EVs would ultimately reduce greenhouse gas emissions; however, the actual reduction is smaller than the average person imagines.
The reason lies in methods of power generation.
The global share of electricity generated from sources other than fossil fuels—including nuclear power—stands at only about 35%.
In other words, EVs indirectly emit greenhouse gases while being driven.
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そしてEVには、超えることが出来ない物理的な限界があります。
バッテリーと液体燃料は、エネルギー密度が決定的に違う事だ。
其の為に、航続距離を化石燃料レベルまで延長するには、大きなバッテリーが必要です。
其の結果、車両重量は際限無く重くなりますが、当然ながら電費が悪化し、今度は航続距離が短くなるというジレンマに陥ります。
そして、充電時間も長くなるのです。
液体燃料車には、今後も大幅な進化の可能性が残されています。
ガソリンエンジンの効率は、現在で43％程度と言われる。
これを新しい技術に依って効率が60％、或いは70％レベルまで高めることが出来れば、異次元レベルの性能向上が狙えるのです。
Furthermore, electric vehicles face insurmountable physical limitations.
The critical difference lies in the energy density of batteries versus liquid fuels.
Consequently, achieving a driving range comparable to that of fossil-fuel vehicles requires a massive battery.
This leads to a significant increase in vehicle weight, which inevitably worsens energy efficiency—thereby shortening the driving range and creating a dilemma.
It also results in longer charging times.
Vehicles powered by liquid fuel still hold the potential for substantial evolution.
The efficiency of gasoline engines is currently estimated at around 43%.
If new technologies could boost this efficiency to the 60% or even 70% level, it would be possible to achieve a quantum leap in performance.
その技術の一つは、現在のF1レース用エンジンで使われている「副室ジェット燃焼」技術です。
構造は懐かしい、本田技研のCVCCエンジンのようだが、CVCCエンジンは低圧縮比（7程度）＋希薄燃料により緩慢に燃焼させることで燃焼温度を下げて、「窒素酸化物」に代表される有害排気ガスを低減させる技術だった。
One such technology is the "pre-chamber jet combustion" system used in current Formula 1 racing engines.
Its structure is reminiscent of Honda's classic CVCC engine; however, the CVCC engine employed a low compression ratio (around 7:1) and a lean fuel mixture to achieve slow combustion, thereby lowering combustion temperatures and reducing harmful exhaust emissions—most notably nitrogen oxides.
今日のF1エンジンで使われている「副室ジェット燃焼」とは、高圧縮比（18以上）＋希薄燃料を、超高速で燃焼させる技術です。
"Pre-chamber jet ignition," as used in today's F1 engines, is a technology that enables the ultra-high-speed combustion of a lean fuel mixture at a high compression ratio (18 or higher).
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また、ターボエンジン＋ウオーター・インジェクションも、過去のF1エンジンで使われていた技術です。
ターボエンジンは、高圧縮時にノッキングの発生が最も問題となるので、燃焼室の温度を下げるために、空燃比を濃くする必要があり、これが致命的な燃費の悪化につながります。
これは、多量の燃料の気化熱で燃焼室の温度を下げるということです。
ウオーター・インジェクションエンジンでは、燃焼室内に水を噴射する事により、水の気化熱で燃焼室の温度を下げる事が可能であるため、余分な燃料を消費しない上に、圧縮比を高めて燃焼効率を高めることが可能です。
The combination of a turbo engine and water injection is a technology that was previously employed in Formula 1 engines.
In turbo engines, knocking becomes a major issue during high-compression operation; consequently, it is necessary to use a rich air-fuel mixture (increasing the fuel ratio) to lower the temperature of the combustion chamber, though this leads to a significant drop in fuel efficiency.
In other words, the latent heat of vaporization from the large amount of fuel is being utilized to cool the combustion chamber.
Injecting water into the combustion chamber, on the other hand, allows the chamber temperature to be lowered through the latent heat of vaporization of the water itself.
This not only eliminates the need to consume excess fuel but also makes it possible to increase the compression ratio and improve combustion efficiency.
燃費性能を高める技術は多いが、同時に出力性能も上げられる技術は少ない。
吸気量を減らすミラーサイクルや大量EGR、希薄燃焼などは出力を犠牲にするが、ウオーターインジェクション技術は、燃費性能を高めながら同時に出力性能も上げられる。
水噴射は、排ガス性能の向上にも効果がある。
BMW社によると全負荷でHCとCOを約9割減らせるという。
NOxの削減に効果は無いが、三元触媒で対処可能だ。
While there are many technologies designed to improve fuel efficiency, few can simultaneously boost power output.
Techniques such as the Miller cycle, high-rate EGR, and lean-burn combustion sacrifice power output to achieve better fuel economy; in contrast, water injection technology enhances both fuel efficiency and power output at the same time.
Water injection is also effective at improving exhaust emissions.
According to BMW, it can reduce HC and CO emissions by approximately 90% under full-load conditions.
Although it is ineffective at reducing NOx, this can be addressed using a three-way catalytic converter.
